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La DNA microbiana en la sangre podría ayudar a determinar quién tiene cáncer

Cuando Gregory Poore era un estudiante de primer año en universidad, el suyo abuela de otra manera sana fue chocado para aprender que ella tenía cáncer pancreático del tarde-escenario. La condición fue diagnosticada a finales de diciembre. Ella murió en enero.

“Ella no tenía virtualmente ninguna señal de peligro o los síntomas,” Poore dijo. “Nadie podría decir porqué su cáncer no fue descubierto anterior o porqué era resistente al tratamiento ellos intentó.”

Pues Poore vino aprender con sus estudios de universidad, el cáncer tradicionalmente se ha considerado una enfermedad del genoma humano -; las mutaciones en nuestros genes permiten que las células eviten muerte, proliferan y forman tumores.

Pero cuando Poore vio un estudio 2017 en la ciencia que mostró cómo los microbios invadieron a una mayoría de cánceres pancreáticos y podían analizar la droga principal de la quimioterapia dada a estos pacientes, la idea lo intrigó que las bacterias y los virus pudieron desempeñar un papel más grande en cáncer que cualquier persona había considerado previamente.

Poore es actualmente un estudiante de MD/Ph.D. en la Facultad de Medicina de San Diego de la Universidad de California, en donde él está conducto su trabajo graduado de la tesis en el laboratorio del caballero de Rob, del Ph.D., del profesor y del director del centro para la innovación de Microbiome.

Así como un grupo interdisciplinario de colaboradores, Poore y el caballero han desarrollado un método nuevo para determinar quién tiene cáncer, y a menudo que pulsan, simple analizando configuraciones de la DNA microbiana -; bacteriano y viral -; presente en su sangre.

El estudio, publicado el 11 de marzo de 2020 en naturaleza, puede cambiar cómo se ve el cáncer, y diagnosticado.

Casi todos los esfuerzos de investigación anteriores de cáncer han asumido que los tumores son ambientes estéril, y que ignoraron la interacción compleja que las células cancerosas humanas pueden tener con las bacterias, los virus y otros microbios en los cuales viva y en nuestras carrocerías.

El número de genes microbianos en nuestras carrocerías excede en número sumamente el número de genes humanos, así que no debe ser asombrosamente que nos dan pistas importantes a nuestra salud.”

Caballero de Rob, Ph.D., profesor y director del centro para la innovación de Microbiome

configuraciones microbianas Cáncer-asociadas

Los investigadores primero observaban los datos microbianos disponibles del atlas del genoma del cáncer, una base de datos del Instituto Nacional del Cáncer que contenía la información genomic y otra de millares de tumores pacientes. Al conocimiento de las personas, era el esfuerzo más grande emprendido nunca para determinar la DNA microbiana en datos de secuencia humanos.

A partir de 18.116 muestras del tumor, representando a 10.481 pacientes con 33 diversos tipos del cáncer, emergió las firmas microbianas distintas, o las configuraciones, asociadas a los tipos específicos del cáncer. Preveyeron algunos, por ejemplo la asociación entre el papillomavirus humano (HPV) y cervical, los cánceres de cabeza y cuellos, y la asociación entre la especie del Fusobacterium y los cánceres gastrointestinales. Pero las personas también determinaron las firmas microbianas previamente desconocidas que discriminaron fuertemente entre los tipos del cáncer. Por ejemplo, la presencia de especie de Faecalibacterium distinguió el cáncer de colon de otros cánceres.

Armado con los perfiles del microbiome de millares de muestras del cáncer, los investigadores después entrenaron y probaron a centenares de modelos del aprendizaje de máquina para asociar ciertas configuraciones microbianas a la presencia de cánceres específicos. Los modelos del aprendizaje de máquina podían determinar el tipo del cáncer de un paciente usando solamente los datos microbianos de su sangre.

Los investigadores entonces quitaron de alto grado (el escenario III e IV) los cánceres del grupo de datos y encontraron que muchos tipos del cáncer eran todavía distinguibles en primeros tiempos al confiar solamente en datos microbianos sangre-derivados. Los resultados soportados incluso cuando las personas realizaron la descontaminación más rigurosa de la bioinformática en las muestras, que quitaron el más de 90 por ciento de los datos microbianos.

Aplicación de la prueba microbiana de la DNA

Para determinar si estas configuraciones microbianas podrían ser útiles en el mundo real, el caballero, Poore y las personas analizados sangre-derivaron muestras del plasma a partir de 59 pacientes que consentían con el cáncer de próstata, de 25 con el cáncer de pulmón y de 16 con el melanoma, con tal que por los colaboradores en el centro del cáncer de Moores en la salud de Uc San Diego. El empleo de las nuevas herramientas que se convirtieron para disminuir la contaminación, los investigadores desarrolló una lectura de las firmas microbianas para cada muestra del enfermo de cáncer y las comparó el uno al otro y a las muestras a partir del 69 sana, voluntarios VIH-negativos del plasma, con tal que por el centro de investigación del VIH Neurobehavioral en la Facultad de Medicina de Uc San Diego.

Los modelos del aprendizaje de la máquina de las personas podían distinguir a la mayoría de la gente con el cáncer de ésas fuera. Por ejemplo, los modelos podrían determinar correctamente una persona con el cáncer de pulmón con sensibilidad del 86 por ciento y a una persona sin enfermedad pulmonar con especificidad del 100 por ciento. Podrían informar a menudo qué participantes tenían cuáles de los tres tipos del cáncer. Por ejemplo, los modelos podían distinguir correctamente entre una persona con el cáncer de próstata y una persona con el cáncer de pulmón con sensibilidad del 81 por ciento.

“La capacidad, en un único tubo de la sangre, de tener un perfil completo de la DNA del tumor (naturaleza) así como la DNA del microbiota del paciente (consolide), por así decirlo, está un paso importante adelante en mejores acciones recíprocas de comprensión del ordenador principal-ambiente en cáncer,” dijo al co-autor Sandip Pravin Patel, Doctor en Medicina, oncólogo médico y codirigentes de la terapéutica experimental en el centro del cáncer de Moores en la salud de Uc San Diego.

“Con esta aproximación, hay el potencial de vigilar estos cambios en un cierto plazo, no sólo como diagnóstico, pero para la supervisión terapéutica a largo plazo. Esto podría tener implicaciones importantes para el cuidado de enfermos de cáncer, y en la detección temprana del cáncer, si estos resultados continúan soportar en la prueba adicional.”

Comparación a los diagnósticos actuales del cáncer

Según Patel, la diagnosis de la mayoría de los cánceres requiere actualmente biopsia o retiro quirúrgica de una muestra del sitio del cáncer y del análisis sospechosos de la muestra por los expertos que buscan los marcadores moleculares asociados a ciertos cánceres. Esta aproximación puede ser invasor, que toma tiempo y costosa.

Varias compañías ahora están desarrollando “biopsias líquidas” -; los métodos para diagnosticar rápidamente los cánceres específicos usando un drenaje simple y las tecnologías de la sangre que permiten que descubran mutaciones de gen humanas cáncer-específicas en la circulación de la DNA vertieron por los tumores. Esta aproximación se puede utilizar ya para vigilar la progresión de los tumores para algunos tipos de cánceres ya diagnosticados, pero todavía no es aprobada por los E.E.U.U. Food and Drug Administration (FDA) para el uso diagnóstico.

“Mientras que ha habido progreso asombroso en el área de la biopsia líquida y de la detección de cáncer temprana, las biopsias líquidas actuales no pueden todavía distinguir seguro la variación genética normal de cáncer temprano verdadero, y no pueden tomar los cánceres donde los cambios genomic humanos no se saben ni son perceptibles,” dijeron a Patel, que también sirve como el vicedirector del centro de San Diego para la inmunoterapia de la precisión.

Por eso hay a menudo un riesgo que las biopsias líquidas actuales volverán resultados del falso negativo en la fijación de la carga inferior de la enfermedad. “Es duro encontrar una mutación de gen humana muy rara en una célula rara vertida de un tumor,” Patel dijo. “Son fáciles de pasar por alto y usted puede ser que le sea informado que no tenga cáncer, cuando usted lo hace realmente.”

Según los investigadores, una ventaja de la detección del cáncer basada en la DNA microbiana, comparada a circular la DNA humana del tumor, es su diversidad entre diversos sitios de la carrocería. La DNA humana, en cambio, es esencialmente lo mismo en la carrocería. No confiando en cambios raros de la DNA del ser humano, el estudio sugiere que las lecturas microbianas sangre-basadas de la DNA pueden poder descubrir exacto la presencia y el tipo de cánceres en primeros tiempos que pruebas líquidas actuales de la biopsia, así como para los cánceres que faltan las mutaciones genéticas perceptibles por esas plataformas.

Limitaciones y cautelas

Los investigadores son rápidos señalar que todavía hay la posibilidad que las lecturas microbianas sangre-basadas de la DNA podrían faltar signos del cáncer y volver un resultado del falso negativo. Pero preveen que su nueva aproximación llegará a ser más exacta como refinan sus modelos del aprendizaje de máquina con más datos.

Y mientras que los falsos negativos pueden ser menos comunes con la aproximación microbiana de la DNA, positivos falsos -; oyéndole tenga cáncer cuando usted no lo hace -; todavía está un riesgo.

Patel dijo eso apenas porque un cáncer se descubre temprano, él no significa que requiere siempre el tratamiento inmediato. Algunos cambios de la DNA son no-cacerígenos, cambios relacionados con el envejecimiento, inofensivos o la uno mismo-resolución. Usted nunca sabría sobre ellos sin la prueba. Por eso más investigación y más diagnosis del cáncer no pudieron siempre ser una buena cosa, Patel dijo, y debe ser determinado por los clínicos expertos.

Las personas también advirtieron que incluso si una lectura microbiana indica el cáncer, el paciente requeriría probablemente pruebas adicionales para confirmar la diagnosis, para determinar el escenario del tumor y para determinar su situación exacta.

El anticipar

El caballero dijo que muchos retos todavía ponen delante mientras que sus personas más futuras desarrollan estas observaciones iniciales en una prueba diagnóstica aprobada por la FDA para el cáncer. Sobre todo, necesitan validar sus conclusión en una población de pacientes mucho más grande y más diversa, una empresa costosa. Necesitan definir lo que sangre-basó un “sano” la lectura microbiana pudo parecer entre muchos, gente diversa. También quisieran determinar si las firmas microbianas que pueden descubrir en sangre humana estén viniendo de los microbios vivos, de los microbios muertos o de los microbios muertos que han repartido abierto, dispersando sus contenidos -; un discernimiento que pudo ayudarles para refinar y para perfeccionar su aproximación.

Para avance sangre-basó lecturas microbianas de la DNA con los pasos siguientes hacia la aprobación reglamentaria, comercialización y el uso clínico de una prueba diagnóstica, de un caballero y de un Poore ha presentado solicitudes de patente y fundaron una compañía del spinout llamada Micronoma, con el co-autor Sandrine Miller-Montgomery, el doctorado, el profesor de la práctica en la escuela de Jacobs de la ingeniería y el director ejecutivo del centro para la innovación de Microbiome en Uc San Diego.

El último estudio puede incitar movimientos importantes en el campo de la biología del cáncer, Poore dijo.

“Por ejemplo, es práctica común para que los microbiólogos utilicen muchos mandos de contaminación en sus experimentos, pero éstos se han utilizado históricamente raramente en estudios del cáncer,” él dijo. “Esperamos que este estudio anime a los investigadores futuros del cáncer a ser “microbiano conscientes. “”

Los investigadores también sugieren que los diagnósticos del cáncer pueda solamente ser el principio para el microbiome cáncer-asociado nuevamente descubierto de la sangre.

“Esta nueva comprensión del movimiento de poblaciones microbiano de la manera con el cáncer podría abrir una avenida terapéutica totalmente nueva,” Miller-Montgomery dijo. ¿“Ahora sabemos que los microbios hay, pero qué él está haciendo? Y podríamos manipular o imitar estos microbios para tratar el cáncer?”

Source:
Journal reference:

Poore, G.D., et al. (2020) Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2095-1.